開路電位法的原理是測量金屬樣品與參比電極之間的穩態電位差，來反映樣品在腐蝕介質中的電化學行為。電化學噪聲法通過檢測電位和電流的隨機擾動，可以判斷腐蝕類型是均勻腐蝕還是局部腐蝕。線性極化電阻法給樣品施加很小的電位擾動，測量對應電流變化，由此監測瞬時腐蝕速率。動態極化法在穩態條件下施加較大的電位擾動，考察整個腐蝕反應過程。電化學阻抗譜法通過施加交變電位，測量響應電流，獲得電化學反應機理信息。

此外，絲束電極又稱微電極陣列，是由規則排列的電極絲組成的復合電極。微電極既能作為大面積電極使用，給出平均信號，又能作為獨立探頭，測試局部參數，揭示材料表面腐蝕過程的不均勻性。因此，絲束電極技術在MIC研究中廣泛應用。

圖1 基于絲束電極測試SRB引起的腐蝕狀態

MIC的特點是微生物群落與金屬材料之間的復雜相互作用，準確分析微生物群落的組成對于理解MIC的發生機制至關重要。

中科院海洋所研究團隊采用高通量測序法分析了天然海水中硝酸鹽添加對EH40鋼試樣表面腐蝕產物內微生物群落結構的差異，如圖2所示。研究發現，在所有海水體系中，EH40鋼表面微生物群落豐度最高的屬為Cupriavidus，其次是Pelomonas，這兩個屬的細菌可進行有氧呼吸。在未添加硝酸鹽的海水中，試樣表面微生物群落結構中的硝酸鹽還原菌屬主要是Ralstonia和Sulfurimonas。添加0.1和1 mM硝酸鹽后，硝酸鹽還原菌的優勢菌屬不變。當添加量為10 mM硝酸鹽時，除了Ralstonia和Sulfurimonas外，優勢菌屬中還出現了Thiomicrospira屬。進一步增加添加量至100 mM硝酸鹽時，硝酸鹽還原菌屬主要是Ralstonia、Thiomicrospira和Pseudomonas。硝酸鹽的添加不僅導致了硝酸鹽還原菌屬的變化，還影響其豐度。

圖2 EH40鋼在添加不同濃度硝酸鹽的海水中浸泡12周后表面微生物群落在屬分類水平上的比較

生物分析法可以研究MIC過程中微生物群落的遺傳多樣性和功能特性，從而理解微生物與金屬材料相互作用的復雜性。

DNA測序技術可以識別和量化難以培養的微生物種群，而宏基因組學則提供了群落中所有基因的全面視圖，揭示了微生物群落的代謝潛力和生態功能。此外，代謝組學技術的應用，通過分析微生物群落的代謝產物，進一步補充了對微生物活動狀態的理解，為評估微生物腐蝕的生物化學機制提供了直接的代謝證據。但是也存在一些局限性，如需要優化核酸提取和化學成分分析的樣品前處理方法，數據處理和解釋復雜，需要專業知識，設備和試劑耗材成本高。

輻射檢測技術通過利用X射線、紫外線等電磁輻射的吸收、衍射、熒光等效應來分析樣品的化學組成和結構。常用技術包括X射線衍射（XRD）、X射線光電子能譜（XPS）、能量色散譜（EDS）、拉曼光譜和紫外可見光譜分析（UV-vis）。

劉宏芳研究團隊在研究SRB對富集人工海水中2205不銹鋼和X52碳鋼之間電化學腐蝕的研究中，采用XPS技術研究了去除生物膜后2205鈍化層，如圖3所示。研究表明，在無菌和SRB培養基中，2205不銹鋼和X52碳鋼耦合后，表面O^2-/OH^-和Fe³⁺/Fe²⁺的比率均有所下降。O^2-和Fe³⁺含量的減少可能是由于Fe(III)氧化物的減少造成。

顯微技術的共同原理是通過各種顯微儀器直接觀察樣品的形貌、組織結構、微生物分布等信息，從而直接觀察樣品表面變化、生物膜形成及微生物分布情況，對MIC過程進行表征。常用的顯微鏡技術包括掃描電子顯微鏡、環境掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和共聚焦掃描激光顯微鏡。

顯微鏡技術是微生物腐蝕研究中最常用的表征手段之一。但這類技術也存在一些內在的局限。首先，顯微技術的觀察范圍有限，僅能提供金屬樣品局部區域的信息，難以反映整體腐蝕態勢；其次，部分顯微技術需要對樣本進行復雜的前處理或制備，這可能會對脆弱的生物樣品完整性產生一定的破壞或影響；再者，一些高分辨率的顯微技術操作較為復雜，需要專業的實驗人員進行；最后，部分顯微系統需要工作在真空條件下，儀器和維護成本也非常昂貴。

生物傳感器是一門由化學、物理學、生物學、材料學等交叉形成的一門學科，是介于信息學和生物技術之間新的研究熱點，具有特異性高，靈敏度高，分析速度快，準確度高，成本低廉等優點，在食品檢測、生態環境科學、醫藥科學等領域發揮了不容忽視的作用。

此外，針對材料表面生物膜內腐蝕微生物的代謝活性難以測定的難題，開發了適用于生物膜體系的腐蝕微生物活性的生物傳感方法。具體內容包括開發了高柔韌性全固態離子選擇性微探針，采用熱力學驅動的電位測試模式，通過引入石墨烯固態轉換層，實現了對活性分子識別過程的界面離子/電子快速轉換，擺脫了內充液對電極基底尺寸和韌性的束縛；開發了基于MOF靶向裂解及酶釋放的便攜式活性試紙條，建立了靶標分子濃度與體系顏色/擴散性的密切關聯，實現了生物膜內靶標分子的可視化測定，如圖4所示。

生物傳感技術作為一種先進的分析工具，在微生物活動和環境參數的原位監測方面展現出顯著的效能，能夠精確捕捉生物膜內微生物代謝活動和腐蝕過程的動態變化。生物傳感技術能夠提供較高的空間分辨率，這對于理解微生物群落內部結構和功能分布至關重要。

按照模型的特點和方法進行分類和排序，目前已報道的MIC預測模型可以分為三種類型：基于風險評估的模型、基于傳質過程控制的模型和基于電化學腐蝕機理的綜合模型。

Maxwell等提出了一個基于四個因素（硫化物存在、氧氣侵入、管道清理頻率和老化程度）來評估SRB致腐蝕率的模型。該定性模型用一個四維的矩陣來表示這些因素的組合，每個單元格對應一個腐蝕等級。該模型的優點是能夠預測MIC的可能性，缺點是不能準確地估計腐蝕進展。

基于風險評估的模型主要用來評估MIC的可能性和危害程度，而不是具體的腐蝕速率的模型，考慮了一些影響MIC的因素，如微生物的種類、數量、活性、環境條件等，但沒有涉及電化學和傳質過程。這類模型的優點是可以快速地對MIC的風險進行評估，為腐蝕管理和防護提供參考。它們的缺點是不能提供具體的腐蝕速率和機理，也不能考慮電化學和傳質過程的影響，因此精度和適用性有限。

基于對陰極去極化機理的理解，Peng等提出結合Monod方程、硫酸鹽的傳質方程，建立預測MIC腐蝕速率的數學模型。該模型考慮了SRB在金屬表面的電化學作用，以及擴散、反應和質量傳遞等過程，能夠預測腐蝕坑的形成和發展的三個階段，但是需要很多參數和假設，且忽略了生物膜的影響。

盡管以上模型從不同的角度構建了基于傳質過程控制的模型，但均沒有考慮MIC過程中生物膜的動態生長過程。2015年，Haile等提出利用雙基質Monod方程描述SRB的生長動力學，進而建立MIC腐蝕速率模型，該模型考慮了生物量增長、剝落和生物膜的參數，可預測SRB附著量和腐蝕率的變化趨勢。

該類模型綜合考慮了更多的影響MIC的因素和機制，如生物膜的形成和變化，電化學和傳質過程，微生物的種類、數量、活性、代謝產物等，以及環境條件的變化的模型。

(3) 解決生物膜內微環境因子的測定問題，獲取更多的參數和數據，以描述生物膜的特性和變化。微生物腐蝕是發生在生物膜下的腐蝕過程，而由于生物膜內微環境因子測定方法的缺失，導致無法獲得生物膜內微環境的變化規律，僅僅能通過推測估算生物膜內的微環境。因此，為了更好的解釋微生物腐蝕機理，建立可靠的預測模型，必須要解決生物膜內微環境因子的測定問題。